課題啟發式教育在大地測量學教學中的實踐

朱衛東　欒奎峰　邱振戈　沈蔚　何林幫

【摘 要】大地測量學是測繪學科的重要基礎課程，特點是非常多的理論基礎和公式推導，為了提高教學質量，摸索課題啟發式教育，編制課程設計，經過三個學期的執行，學生反映效果好，教學質量顯著提高。

【關鍵詞】大地測量；高程擬合；教育實踐

【Abstract】Geodesy is an important basic course of Surveying and Mapping Science， is the theoretical foundation and characteristics of formula very much. In order to improve the quality of teaching and exploring subject heuristic education， a new curriculum design compilated. After the three term， the students reflect very good， the quality of teaching can be significantly improved.

【Key words】Geodesy， abnormal height， educational practice

0 前言

大地測量學是測繪科學與技術專業基礎學科，在測繪專業的課程體系中占有重要地位。《大地測量學》課程內容分為6個部分。主要講授大地測量學的基本概念與基礎理論，大地測量的實現技術與方法，以及大地解算的相關知識。通過本課程的學習，學生掌握大地測量學科現狀和發展趨勢及其應用；掌握大地控制網的作用、布設方案和建網技術；重點掌握大地測量基本概念與基礎理論：包括大地測量坐標系統、時間系統、高程系統，地球重力場的概念與測量，橢球面上的常用坐標、橢球面上的大地主題計算、地圖數學投影變換的基本概念、高斯平面直角坐標系、圓錐投影等；同時掌握精密水準測量工作流程；通過編程實現各種坐標轉換、高斯投影正反算、坐標換帶計算[1]。

大地測量學在學生中進行課題開始第一節課，就進行了調研，學生翻看目錄、著作序言、課程內容。普遍反映公式多、概念抽象（時間系統、垂線偏差等）。為此，該課程教授我們做了一些關于啟發式教學改變實踐的嘗試。

1 《大地測量學》課程特點分析

《大地測量學》課程的內容非常基礎、抽象，利用微積分，牛頓級數展開、球面三角函數、尤拉公式等原理進行公式推導的內容特別多[1]，因此講述該課程的時候非常不容易，學生也因為公式的繁多而學習困擾。為了提高教學質量，對課程教學進行了一些探索性的實踐，其中包括編程打基礎加深理解、課題綜述強化知識學習、課題研發、課題成果形成等環節[2]。

本門課程中有GPS水準的內容，GPS水準一直是一個工程應用的課題，這是因為GPS水準能夠在某些工程中替代四等水準測量，降低水準測量的工作量，方便快捷。

GPS水準涉及的內容有：大地高、高程異常、正常高、數學建模等。在課堂講授環節著重講解了大地高的定義、基準面、大測量方法；高程異常的定義和基準面；正常高的定義、基準面、測量原理與方法。然后引申到高程異常的擬合[3]，采用數學建模的方式，建立高程異常和坐標之間的關系。

2 基于課題啟發式的課程設計

2.1 學生準備環節

預習相關的課程內容；提前布置作業，作業內容是下載10篇關于高程擬合的文獻，10篇文獻需要是核心期刊文獻，文獻所涉及的方法都不能相同，并研讀文獻內容，進行方法總結；做好課堂可能的提問的準備。

2.2 課題講授環節

講授高程擬合的基本原理、GPS大地高測量方法、水準正常高測量方法。這些原理作為該節課程的是基礎。在測量中，數學建模計算某個觀測量，需要精度評定，通過精度來評估模型的好壞，所以我們又順便講授了一下中誤差概念和計算方法，講解了內符合精度和外符合精度。講解了2篇典型的相關文獻，并對文獻進行了剖析，強調了文獻的綜述部分的作用和寫作方法、參考文獻的引用等。

課堂上講授了如何利用編程語言（以matlab為例）實現數學模型，進行高程異常的擬合。

2.3 課堂互動內容

首先就高程擬合的相關概念（大地高、高程異常、正常高、似大地水準面、橢球面）進行提問；然后是學生分組講解高程擬合的數學模型、內外符合精度、中誤差等計算方法與公式等內容；在中間講解過程中穿插提問環節。

2.4 課后強化環節

布置了任務：學生分組搜集30篇文獻，撰寫關于高程擬合的綜述、綜述完成之后，每個小組組根據自己的意愿，選擇四種高程擬合方法，利用編程語言進行實現，撰寫一篇學術小論文，格式嚴格按照期刊文章的格式進行。

3 總結

通過以上課堂教學過程，同學們對高程擬合和相關的概念、理論、技術方法有了很深刻的理解，并能夠通過編程語言進行實現，撰寫了學術論文，盡管不是每個小組同學的論文都得到了發表，但是有同學以次題目為畢業設計題目，順利的完成了畢業設計，并得到很好的成績。畢業的學生，無論是工作或者讀研都認為此種方法得到了很好的提高，對他們的工作和學習都非常有益。這也為其他課程的教學提供很好的借鑒。

【參考文獻】

[1]孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎[M].武漢：武漢出版社，2010.

[2]孫佳龍，郭淑艷.專業性學生社團在大地測量教學中的探索[J].北京測繪，2012，（03）：104-106+100.

[3]朱衛東，李全海.基于標準化動量BP神經網絡的GPS高程轉換[J].大地測量與地球動力學，2010，30（01）：123-125.endprint